DE3606860A1 - Control arrangement for extracting heat from a fluid by means of a compressor refrigeration machine - Google Patents

Control arrangement for extracting heat from a fluid by means of a compressor refrigeration machine

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Abstract

A control arrangement for extracting heat from a fluid by means of a compressor refrigeration machine is disclosed, which machine contains in addition to the compressor (1) a condenser (2), an expansion arrangement (3) and an evaporator (4). The latter is situated in a cooling circuit (5, 6, 7) for the fluid, with which an arrangement (8) is to be cooled. A hot-gas bypass (9) with a hot-gas control (10) is provided and moreover an evaporation pressure control (11) consisting of a valve (12), an actuator (13) and a proportional/integral control (14). With a sensor (15), the temperature and/or the moisture of the environment of the arrangement (8) is measured and passed on to an analog converter (16) which converts the measured value and values from a set-value curve into a set value which is passed on to a set-value input of the proportional/integral control (14). A further sensor (17) detects the forward-run temperature of the fluid and transmits the measured value to an actual-value input of the proportional/integral control (14). This forms, from the values received, a differential signal, with which the actuator (13) of the valve (14) can be excited. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelungseinrichtung zum Entwärmen eines Fluids mittels einer Kompressor-Kältemaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a control device to heat a fluid using a compressor refrigeration machine according to the preamble of claim 1.

Es wird davon ausgegangen, daß es bereits bekannt ist, ein als Kühlmittel dienendes Fluid, zum Beispiel Wasser oder Luft mittels einer Kompressor-Kältemaschine zu entwärmen, wobei die Entwärmung jeweils geregelt erfolgt, um bestimmte Temperaturwerte des Fluids und/oder einer mit dem Fluid zu kühlenden Einrichtung einzuhalten.It is assumed that it is already known fluid serving as a coolant, for example water or To heat the air with a compressor chiller, whereby the cooling takes place in a controlled manner to certain Temperature values of the fluid and / or one with the fluid device to be kept cool.

Bei Kompressor-Kältemaschinen ist es auch bekannt, die Druckseite und die Saugseite des Kältemittelkreislaufes durch einen Heißgasbypaß zu verbinden, in dem ein Heißgasregler angeordnet ist. Der Heißgasregler enthält ein fest einstellbares Ventil, das sich abhängig vom Saugdruck einstellt. Mit der bekannten Einrichtung kann die Leistung der Kältemaschine an eine verminderte Wärmeaufnahme im Verdampfer angepaßt werden, ohne den Kompressor abstellen zu müssen. Die bekannte Einrichtung ist jedoch für sich nicht ausreichend, die sich verändernden Temperaturen des Fluids innerhalb eines vorgegebenen Bereichs mit einer Abweichung von höchstens ±0,5°K auf einem Wert zu halten, bei dem keine Taupunktsunterschreitung in der Umgebung der zu kühlenden Einrichtung eintritt.In compressor chillers it is also known that Pressure side and the suction side of the refrigerant circuit connect by a hot gas bypass in which a hot gas regulator is arranged. The hot gas regulator contains a Fixed valve, which depends on the suction pressure sets. With the known device Performance of the chiller to reduce heat absorption be adjusted in the evaporator without the compressor to have to park. The known device is however not sufficient for itself, the changing temperatures of the fluid within a predetermined range with a deviation of at most ± 0.5 ° K on one Keep value at which no drop below the dew point occurs in the vicinity of the device to be cooled.

Weiterhin ist es bekannt, bei einer Kompressor-Kältemaschine zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor einen Verdampfungsdruckregler, bestehend aus einem Ventil, einem Ventilstellantrieb, einem Fühler und einem Proportional- Integralregler anzuordnen. Mit dem bekannten Verdampfungsdruckregler kann eine Kühlstellen-Temperatur, zum Beispiel ein Kühlraum, ein Kühlmöbel oder dergleichen mit einer Genauigkeit von ±5°K im Bereich von 10-100% der Ventilnennleistung ausgeregelt werden (Elektronische Verdampfungsdruckregelung für gewerbliche Kälteanlagen, Danfoss Handelsgesellschaft m.b.H., Carl-Legien-Str. 8, 6050 Offenbach/M., DE).Furthermore, it is known in a compressor refrigerator one between the evaporator and the compressor Evaporation pressure regulator, consisting of a valve, a Valve actuator, a sensor and a proportional  Arrange integral controller. With the well-known evaporation pressure regulator can be a cold spot temperature, for example a refrigerator, a refrigerator or the like with a Accuracy of ± 5 ° K in the range of 10-100% of the nominal valve performance be corrected (electronic evaporation pressure control for commercial refrigeration systems, Danfoss Handelsgesellschaft m.b.H., Carl-Legien-Str. 8, 6050 Offenbach / M., DE).

Zum Beispiel bei elektronischen Einrichtungen wie Rechnern oder dergleichen, genügt es jedoch nicht, allein so zu kühlen, daß ein bestimmter Temperaturbereich nicht verlasssen wird. Es ist vielmehr auch erforderlich, innerhalb des Temperaturbereichs so zu kühlen, daß der Taupunkt in der Umgebung der zu kühlenden Einrichtung nicht unterschritten wird. Das Unterschreiten des jeweiligen Taupunktes muß vermieden werden, um die elektronischen Einrichtungen vor dem Ansetzen von Kondensat zu schützen.For example with electronic devices such as computers or the like, but it’s not enough to cool alone, that a certain temperature range will not be left. Rather, it is also required within the temperature range so cool that the dew point in the area the device to be cooled is not undercut. Falling below the respective dew point must be avoided be to the electronic devices before Protect the formation of condensate.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Regeleinrichtung zum Entwärmen eines Fluids mittels einer Kompressor-Kältemaschine so auszubilden, daß das Fluid, bei unterschiedlich starken Aufheizungen der mit ihm zu kühlenden Einrichtung, einen bestimmten Temperaturbereich von zum Beispiel 17° bis 24°C nicht verläßt und zugleich innerhalb dieses Temperaturbereichs auf einer Temperatur gehalten wird, bei der eine Taupunktsunterschreitung in der Umgebung der zu kühlenden Einrichtung vermieden wird.The object of the invention is the control device for heat removal a fluid by means of a compressor chiller to be designed so that the fluid, with different strengths Heating of the device to be cooled with it, one certain temperature range from for example 17 ° to 24 ° C. does not leave and at the same time within this temperature range is kept at a temperature at which a Falling below the dew point in the vicinity of the to be cooled Establishment is avoided.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebene Ausbildung gelöst.The object is achieved by the im characterizing part of claim 1 specified training solved.

Zweckmäßige Aus- und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben. Appropriate training and development of the subject matter of the invention are given in claims 2 and 3.  

Mit der Regelungseinrichtung wird eine Leistungsregelung des Kompressors von 0-100% erreicht.With the control device is a power control of the compressor from 0-100% reached.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in einem Schema dargestellt.An embodiment of the invention is in the drawing represented in a scheme.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Kompressor einer Kältemaschine bezeichnet, die in ihrem Kältemittelkreislauf ferner einen Kondensator 2, eine Expansionseinrichtung 3 und einen Verdampfer 4 enthält.In the drawing, 1 denotes a compressor of a refrigeration machine, which also contains a condenser 2 , an expansion device 3 and an evaporator 4 in its refrigerant circuit.

Der Verdampfer 4 ist zum Entwärmen eines Fluids, zum Beispiel Wasser, ausgebildet, das in einer Rücklaufleitung 5 dem Verdampfer 4 zugeführt und in einer Vorlaufleitung 6 vom Verdampfer 4 weggeführt wird, im dargestellten Beispiel mittels einer Umwälzpumpe 7.The evaporator 4 is designed to heat a fluid, for example water, which is fed to the evaporator 4 in a return line 5 and led away from the evaporator 4 in a feed line 6 , in the example shown by means of a circulation pump 7 .

Die Leitungen 5, 6 und die Umwälzpumpe 7 sind Teil eines Kreislaufes, der zum Kühlen eines Rechners oder einer anderen zu kühlenden Einrichtung 8 ausgebildet ist. Die Einrichtung 8 ist in der Zeichnung strichpunktiert dargestellt.The lines 5, 6 and the circulation pump 7 are part of a circuit which is designed for cooling a computer or another device 8 to be cooled. The device 8 is shown in broken lines in the drawing.

Der Kältemittelkreislauf ist so geregelt, daß das in den Leitungen 5, 6 umströmende Fluid einerseits die Einrichtung 8 ausreichend kühlt und andererseits innerhalb eines für die Umgebung der zu kühlenden Einrichtung 8 zulässigen Temperaturbereichs auf einem Wert gehalten wird, bei dem eine Taupunktsunterschreitung ausgeschlossen ist. Der jeweilige Temperaturwert des Fluids ist in engen Grenzen zu halten.The refrigerant circuit is regulated in such a way that the fluid flowing in the lines 5, 6 on the one hand cools the device 8 sufficiently and on the other hand it is kept within a temperature range permissible for the surroundings of the device 8 to be cooled, at which a drop below the dew point is excluded. The respective temperature value of the fluid must be kept within narrow limits.

Sind zum Beispiel in der Umgebung der Einrichtung 8 Temperaturen zwischen 15°C und 32°C zulässig, so muß die Temperatur des Fluids zwischen 17°C und 24°C mit einer Toleranz von ±0,5°C auf einen Wert gehalten werden, bei dem in der Umgebung der Einrichtung 8 keine Taupunktsunterschreitung erfolgt. Im vorliegenden Beispiel ist Luft als Umgebungsmedium der Einrichtung 8 vorgesehen. Es kann jedoch auch ein anderes Gas sein. Denkbar sind auch feste Stoffe in kompakter oder körniger Form. Die vorstehenden Werte gelten nur für einen bestimmten Feuchtigkeitsbereich der Luft.For example, if 8 temperatures between 15 ° C and 32 ° C are permissible in the vicinity of the device, the temperature of the fluid must be kept between 17 ° C and 24 ° C with a tolerance of ± 0.5 ° C, where there is no drop below the dew point in the vicinity of the device 8 . In the present example, air is provided as the ambient medium for the device 8 . However, it can also be another gas. Solid materials in a compact or granular form are also conceivable. The above values apply only to a certain humidity range of the air.

Für die Regelung des Kältemittelkreislaufes ist ein Heißgasbypaß 9 vorgesehen, der von dem Abschnitt des Kältemittelkreislaufes ausgeht, der den Kompressor 1 mit dem Kondensotor 2 verbindet und in den Abschnitt des Kältemittelkreislaufes mündet, der die Expansionseinrichtung 3 mit dem Verdampfer 4 verbindet. Der Heißgasbypaß 10 enthält einen Heißgas-Regler 10, mit dem die Kälteleistung des Verdampfers 4 regelbar ist. Das Regelverhalten des Heißgas-Reglers 10 wird durch den Druck in einer Steuerkapillare 10 a bestimmt, die den Heißgas-Regler 10 mit dem Abschnitt des Kältemittelkreislaufes verbindet, der sich zwischen dem Verdampfer 4 und dem Kompressor 1 erstreckt. Wenn im Verdampfer 4 die größte Kühllast ansteht und somit der höchste Verdampfungsdruck herrscht, ist ein dem Heißgas-Regler 10 eigenes Ventil geschlossen und der Heißgasbypaß 9 gesperrt. Vermindert sich die Kühllast im Verdampfer 4, öffnet das Ventil des Heißgas-Reglers 10 proportional dem Kältemitteldruck im Verdampfer 4. Die Kühllast im Verdampfer 4 kann so zwischen 0 und 100% geregelt werden.For the control of the refrigerant circuit, a hot gas bypass 9 is provided, which starts from the section of the refrigerant circuit that connects the compressor 1 to the condenser 2 and opens into the section of the refrigerant circuit that connects the expansion device 3 to the evaporator 4 . The hot gas bypass 10 contains a hot gas controller 10 with which the cooling capacity of the evaporator 4 can be regulated. The control behavior of the hot gas controller 10 is determined by the pressure in a control capillary 10 a , which connects the hot gas controller 10 to the section of the refrigerant circuit which extends between the evaporator 4 and the compressor 1 . When the greatest cooling load is present in the evaporator 4 and thus the highest evaporation pressure prevails, a valve dedicated to the hot gas controller 10 is closed and the hot gas bypass 9 is blocked. If the cooling load in the evaporator 4 decreases, the valve of the hot gas regulator 10 opens in proportion to the refrigerant pressure in the evaporator 4 . The cooling load in the evaporator 4 can thus be regulated between 0 and 100%.

Mit der Leistungsregelung durch den Heißgas-Regler 10 alleine, sind jedoch die gestellten Forderungen nicht zu erfüllen. Daher ist neben dem als Leistungsregler arbeitenden Heißgas-Regler 10 ein Verdampfungsdruckregler 11 vorgesehen. Dieser besteht aus einem vom Kältemittel beaufschlagten Ventil 12, einem Ventil-Stellantrieb 13 und einem mit dem Stellantrieb 13 elektrisch verbundenen Proportional- Integralregler 14.With the power control by the hot gas controller 10 alone, however, the requirements cannot be met. An evaporative pressure regulator 11 is therefore provided in addition to the hot gas regulator 10 operating as a power regulator. This consists of a valve 12 acted upon by the refrigerant, a valve actuator 13 and a proportional integral controller 14 electrically connected to the actuator 13 .

Mit einem Sensor 15 wird die Temperatur und/oder der Feuchtigkeitsgehalt der Umgebung der zu kühlenden Einrichtung 8 gemessen.The temperature and / or the moisture content of the surroundings of the device 8 to be cooled is measured with a sensor 15 .

Der Sensor 15 ist mit einem Analogumsetzer 16 verbunden, in dem aus den von dem Sensor 15 erfaßten Werten und einer frei wählbaren Sollwertkurve ein Sollwert gebildet wird.The sensor 15 is connected to an analog converter 16 in which a setpoint is formed from the values detected by the sensor 15 and a freely selectable setpoint curve.

Der im Analogumsetzer 16 gewonnene Sollwert wird an einen Sollwert-Eingang des Proportional-Integralregler 14 abgegeben.The setpoint obtained in the analog converter 16 is output to a setpoint input of the proportional integral controller 14 .

Ein Istwert-Eingang des Proportional-Integralreglers 14 ist mit einem weiteren Sensor 17 verbunden, mit dem die Vorlauftemperatur des Fluids ermittelt wird.An actual value input of the proportional integral controller 14 is connected to a further sensor 17 , with which the flow temperature of the fluid is determined.

Im Proportional-Integralreglers 14 wird aus dem vom Analogumsetzer 16 kommenden Sollwert und aus dem vom weiteren Sensor 17 kommenden Istwert ein Differenzsignal gebildet, mit dem der Stellantrieb 13 des Ventils 12 erregbar ist.In the proportional integral controller 14 , a difference signal is formed from the setpoint value coming from the analog converter 16 and from the actual value coming from the further sensor 17 , with which the actuator 13 of the valve 12 can be excited.

Zweckmäßig ist zwischen dem Analogumsetzer 16 und dem Proportional- Integralregler 14 ein Dämpfungsglied 18 eingesetzt, mit dem eine zeitlich verzögerte Weitergabe der vom Proportional-Integralregler 14 ausgehenden Differenzsignale bewirkt wird.An attenuator 18 is expediently inserted between the analog converter 16 and the proportional-integral controller 14 , with which a delayed transmission of the differential signals originating from the proportional-integral controller 14 is effected.

Mit einem Regelglied 19 ist die Drehzahl eines den Kondensator 2 beaufschlagenden Ventilators 20 abhängig vom Kondensationsdruck in Stufen oder stufenlos regelbar.With a control element 19 , the speed of a fan 20 acting on the condenser 2 can be regulated in steps or continuously, depending on the condensation pressure.

Claims (4)

1. Regelungseinrichtung zum Entwärmen eines Fluids mittels einer Kompressor-Kältemaschine, mit den Merkmalen
  • a) die Kältemaschine enthält in einem Kältemittelkreislauf neben dem Kompressor (1) einen Kondensator (2), eine Expansionseinrichtung (3) und einen Verdampfer (4);
  • b) der Verdampfer (4) liegt in einem Kühlkreislauf (5, 6, 7) in dem das Fluid zur Kühlung einer Einrichtung (8) umströmt,
1. Control device for warming a fluid by means of a compressor refrigeration machine, with the features
  • a) the refrigerator contains in a refrigerant circuit in addition to the compressor ( 1 ) a condenser ( 2 ), an expansion device ( 3 ) and an evaporator ( 4 );
  • b) the evaporator ( 4 ) lies in a cooling circuit ( 5, 6, 7 ) in which the fluid flows for cooling a device ( 8 ),
gekennzeichnet durch die Kombination aller Merkmale:
  • c) zwischen der Druckseite und der Saugseite des Kältemittelkreislaufes erstreckt sich ein Heißgasbypaß (9), in dem ein Heißgasregler (10) (Proportionalregler) angeordnet ist;
  • d) zwischen dem Verdampfer (4) und dem Kompressor (1) befindet sich im Kältemittelkreislauf ein Verdampfungsdruckregler (11), bestehend aus einem Ventil (12), einem Ventil-Stellantrieb (13) und einem mit dem Stellantrieb (13) elektrisch verbundenen Proportional-Integralregler (14);
  • e) es ist ein Sensor (15) zum Erfassen der Temperatur und/oder Feuchte der Umgebung der zu kühlenden Einrichtung (8) vorgesehen;
  • f) der Sensor (15) ist mit einem Analogumsetzer (16) verbunden, der mit einem Sollwert-Eingang des Proportional- Integralreglers (14) verbunden und zur Abgabe eines Sollwertes ausgebildet ist, der sich aus den vom Sensor (15) erfaßten Werten und Werten einer Sollwert-Kurve zusammensetzt;
  • g) der Proportional-Integralregler (14) weist einen Istwert- Eingang auf, der mit einem zum Erfassen der Vorlauftemperatur des Fluids ausgebildeten weiteren Sensor (17) verbunden ist;
  • h) der Proportional-Integralregler (14) ist zur Abgabe eines aus dem Sollwert und dem Istwert gebildeten Differenzsignals ausgebildet, mit dem der Stellantrieb (13) des Ventils (12) erregbar ist.
 characterized by the combination of all features:
  • c) a hot gas bypass ( 9 ) extends between the pressure side and the suction side of the refrigerant circuit, in which a hot gas regulator ( 10 ) (proportional regulator) is arranged;
  • d) between the evaporator ( 4 ) and the compressor ( 1 ) there is an evaporation pressure regulator ( 11 ) in the refrigerant circuit, consisting of a valve ( 12 ), a valve actuator ( 13 ) and a proportional electrically connected to the actuator ( 13 ) Integral controller ( 14 );
  • e) a sensor ( 15 ) is provided for detecting the temperature and / or humidity of the surroundings of the device ( 8 ) to be cooled;
  • f) the sensor ( 15 ) is connected to an analog converter ( 16 ) which is connected to a setpoint input of the proportional integral controller ( 14 ) and is designed to emit a setpoint which is obtained from the values detected by the sensor ( 15 ) and Values of a setpoint curve;
  • g) the proportional integral controller ( 14 ) has an actual value input which is connected to a further sensor ( 17 ) designed to detect the flow temperature of the fluid;
  • h) the proportional integral controller ( 14 ) is designed to emit a difference signal formed from the target value and the actual value, with which the actuator ( 13 ) of the valve ( 12 ) can be excited.
2. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dämpfungsglied (18) zur verzögerten Abgabe des Differenzsignals vorgesehen ist.2. Control device according to claim 1, characterized in that an attenuator ( 18 ) is provided for the delayed delivery of the difference signal. 3. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Regelglied (19) die Drehzahl eines den Kondensator (2) beaufschlagenden Ventilators (20), abhängig vom Kondensationsdruck des Kältemittelkreislaufes, in Stufen oder stufenlos verstellbar ist.3. Control device according to claim 1, characterized in that with a control element ( 19 ) the speed of the condenser ( 2 ) acting fan ( 20 ), depending on the condensation pressure of the refrigerant circuit, is adjustable in steps or continuously.
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